Overlord

很多年前，電腦裝機(jī)還是標(biāo)準(zhǔn)的十三大件，而現(xiàn)在很多設(shè)備都已經(jīng)成為板載的形式存在，裝機(jī)的配件數(shù)量也大幅度減少了。除了CPU、主板、硬盤(pán)之外，仍必不可少的便是內(nèi)存了——要知道即便是顯卡，也有CPU核顯可以替代，小小的內(nèi)存卻一直獨(dú)立存在（部分筆記本帶有板載內(nèi)存，但仍是物理上的獨(dú)立存在）。而且聽(tīng)起來(lái)都是個(gè)“存”字，很多電腦用戶實(shí)際上并不是非常清楚內(nèi)存和硬盤(pán)存儲(chǔ)的區(qū)別，所以有時(shí)候會(huì)有笑話“我的內(nèi)存是128TB的，硬盤(pán)是16GB”。那么，內(nèi)存究竟是什么，為何如此重要？這個(gè)小小的條狀物又是如何工作的呢？

“我”不是臨時(shí)工！

內(nèi)存究竟是什么？恐怕很多讀者并沒(méi)有深究過(guò)它的作用和意義吧？?jī)?nèi)存的英文是Memory，也被稱為內(nèi)存儲(chǔ)器和主存儲(chǔ)器，其作用是用于暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)，以及與硬盤(pán)等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。 只要計(jì)算機(jī)在運(yùn)行中，操作系統(tǒng)就會(huì)把需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)從內(nèi)存調(diào)到CPU中進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)運(yùn)算完成后CPU再將結(jié)果傳送出來(lái)，內(nèi)存的運(yùn)行狀態(tài)也決定了計(jì)算機(jī)的是否能穩(wěn)定運(yùn)行。

具體來(lái)說(shuō)，我們都知道CPU處理數(shù)據(jù)、命令的能力非常出眾，但是需要不停地接收新的指令和“要求”才能有的放矢。而海量的數(shù)據(jù)又都存儲(chǔ)于硬盤(pán)之中，CPU在工作的時(shí)候就必須等待硬盤(pán)把數(shù)據(jù)“貢獻(xiàn)”給CPU。當(dāng)然受限于硬盤(pán)自身的讀寫(xiě)能力，其提供的數(shù)據(jù)量對(duì)比CPU的處理能力少之又少，哪怕是今天我們看到的PCIe 4.0規(guī)格的NVME固態(tài)硬盤(pán)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足CPU的計(jì)算能力，這時(shí)就需要內(nèi)存作為一個(gè)“協(xié)調(diào)者”的角色出現(xiàn)了。

CPU的工作流程大致分為三個(gè)步驟，第一個(gè)是讀取指令，即接收指令需求;第二個(gè)是翻譯指令，將發(fā)送過(guò)來(lái)的指令需求“翻譯”;第三步，則是發(fā)送信號(hào)執(zhí)行翻譯過(guò)的這些指令。在第一步讀取指令的時(shí)候，CPU并非直接讀取硬盤(pán)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，因?yàn)槟恰疤恕?，CPU調(diào)取的是從硬盤(pán)發(fā)出并暫存于內(nèi)存中的指令，這些指令會(huì)被寫(xiě)入指令寄存器（CPU）中以供后續(xù)使用。

或者我們“調(diào)過(guò)頭”來(lái)看，硬盤(pán)存儲(chǔ)著我們的程序、數(shù)據(jù)，當(dāng)我們雙擊某個(gè)程序圖標(biāo)的時(shí)候，CPU首先接收到我們的命令，然后CPU就會(huì)告訴硬盤(pán)，運(yùn)行你保存的程序1，并且把程序1發(fā)送到內(nèi)存中。然后CPU又會(huì)和內(nèi)存說(shuō)，我已經(jīng)“命令”硬盤(pán)把程序1送到你這里了，你要暫存一下，等程序1的必要數(shù)據(jù)命令被硬盤(pán)傳送到內(nèi)存后，CPU會(huì)將其調(diào)入到自己的寄存器中，然后執(zhí)行程序1。

內(nèi)存遠(yuǎn)沒(méi)有你想得那么簡(jiǎn)單

我們剛剛了解了內(nèi)存的基本作用，但是內(nèi)存是不是因?yàn)槭莻€(gè)“臨時(shí)工”，它沒(méi)那么重要呢？在厘清這個(gè)問(wèn)題前，我們還需要了解一下內(nèi)存究竟是什么。

談到存儲(chǔ)通常我們都會(huì)聽(tīng)到這樣的英文簡(jiǎn)稱“ROM、R AM”。所謂ROM，全稱為Read Only Memor y，即只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)言之，它只能被讀取，而不能被寫(xiě)入。但是，它在斷電后依舊可以“記住”信息，不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。當(dāng)然了，ROM其實(shí)是一個(gè)統(tǒng)稱，它也細(xì)分稱集中不同的類型。比如PROM，這是一種可編程的ROM，它可以通過(guò)特殊方式寫(xiě)入數(shù)據(jù)，但是只是一次性的，寫(xiě)入后就不可更改。

另一種則是EPROM，即可擦除可編程ROM，它的寫(xiě)入原理是通過(guò)紫外光的照射擦出原先的程序。最后一種是EEPROM，它是EPROM的“升級(jí)版”，不同之處是采用電子擦寫(xiě)的方式而不是紫外光照射，并且寫(xiě)入時(shí)間很長(zhǎng)，寫(xiě)入速度也很慢。另外，我們熟知的NAND FLASH——就是固態(tài)硬盤(pán)使用的存儲(chǔ)顆粒，本質(zhì)上也屬于ROM的一員。

而RAM則是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory），它的作用是負(fù)責(zé)直接與CPU交換數(shù)據(jù)，能夠隨時(shí)讀寫(xiě)，而且速度非?？?。但是，當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)RAM不能保留數(shù)據(jù)，如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它暫存的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備例如硬盤(pán)中。我們電腦上使用的睡眠功能，就是通過(guò)將內(nèi)存暫存的數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤(pán)，用以喚醒后快速恢復(fù)狀態(tài)設(shè)計(jì)而成的。RAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)消失，而ROM不會(huì)自動(dòng)消失，可以長(zhǎng)時(shí)間斷電保存。

同ROM有很多細(xì)分種類一樣，RAM大體也分為兩類，即SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）和D R AM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）兩種。SRAM（Static RandomAccess Memory，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是速度快，不必配合內(nèi)存刷新電路，可提高整體的工作效率。缺點(diǎn)是集成度低且功耗較大，相同的容量體積較大（需要靠超大規(guī)模集成電路解決），因而成本昂貴，只能少量用于關(guān)鍵性系統(tǒng)（例如CPU緩存）以提高效率。